半導(dǎo)體制冷優(yōu)點(diǎn)

福州大學(xué)電氣工程與自動(dòng)化學(xué)院、國(guó)網(wǎng)福建省電力有限公司電力科學(xué)研究院、福建省高供電可靠性配電技術(shù)企業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的研究人員許立彬、高源、高偉，在2017年第12期《電氣技術(shù)》雜志上撰文，研制了基于WSN及半導(dǎo)體制冷的變電站端子箱防潮控溫裝置。

裝置利用半導(dǎo)體制冷特性使水汽在制冷終端中凝結(jié)成水排出，并建立無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)與主站系統(tǒng)的信息交互，能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控與有效除濕控溫的功能。

軟件設(shè)計(jì)上，采用卡爾曼濾波算法優(yōu)化監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，運(yùn)用在線(xiàn)變?cè)鲆鍼ID算法控制輸出，以達(dá)到準(zhǔn)確、快速控制的目的，并提出了通信報(bào)文完整性識(shí)別的方法及無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的組建方案?，F(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行試驗(yàn)表明，所設(shè)計(jì)的裝置運(yùn)行可靠，能有效解決端子箱凝露問(wèn)題。

端子箱是變電站的重要設(shè)備，是變壓器、開(kāi)關(guān)等室外電氣設(shè)備與室內(nèi)保護(hù)、測(cè)量、通信等二次設(shè)備連接的中間環(huán)節(jié)，一般安裝于戶(hù)外高壓設(shè)備附近以便于安裝、調(diào)試等，因此其工作條件受環(huán)境因素影響較大[1]。

當(dāng)端子箱所處環(huán)境濕度較大時(shí)，若箱體密封不嚴(yán)或其他原因造成水汽進(jìn)入，易在溫度較低、濕度較大處產(chǎn)生凝結(jié)成露的現(xiàn)象，即凝露。一旦產(chǎn)生凝露，將大大縮短端子箱壽命，同時(shí)加速電氣設(shè)備的腐蝕，使二次端子接觸不良。

若凝露滴至端子排則可能導(dǎo)致端子排短接，引起一系列故障甚至產(chǎn)生事故，威脅電網(wǎng)的安全、可靠、穩(wěn)定運(yùn)行。因此對(duì)端子箱凝露現(xiàn)象的防治研究具有重要的意義。

目前，端子箱中安裝的防凝露控制裝置，主要通過(guò)加熱板驅(qū)潮，從而控制柜內(nèi)濕度。文獻(xiàn)[2]從端子箱的加工工藝出發(fā)，采用硅膠超薄加熱器和復(fù)合材料設(shè)計(jì)的箱體提高加熱性能和防銹性能。

文獻(xiàn)[3]提出加強(qiáng)管理、封堵箱底、增加電纜溝通風(fēng)等措施，以減少事故發(fā)生；文獻(xiàn)[4]著重智能凝露控制器的方案設(shè)計(jì)，通過(guò)加熱器和排氣扇的聯(lián)動(dòng)防止端子箱內(nèi)凝露的產(chǎn)生。

然而通過(guò)加熱板驅(qū)潮，無(wú)法從根本上解決凝露現(xiàn)象的產(chǎn)生。在密閉的端子箱中，加熱只是增大空氣的飽和度，并不能徹底將水汽排出箱外。當(dāng)水汽持續(xù)增加或溫度降低時(shí)，凝露現(xiàn)象又將產(chǎn)生，此時(shí)單機(jī)運(yùn)行的設(shè)備，若發(fā)生故障，則不易被發(fā)現(xiàn)，形成安全隱患。

基于此，本文提出一種具備實(shí)時(shí)監(jiān)控、有效除濕控溫的端子箱防潮新方案。利用半導(dǎo)體制冷特性將水汽從制冷終端中凝露排出，同時(shí)通過(guò)建立的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)（Wireless SensorNetwork，WSN）[5-6]，實(shí)現(xiàn)與主站系統(tǒng)的信息交互?，F(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行試驗(yàn)表明，所設(shè)計(jì)的端子箱防潮控溫裝置能有效解決端子箱凝露的問(wèn)題。

1 半導(dǎo)體制冷的基本原理

半導(dǎo)體制冷也叫熱電制冷[7-8]。由于P型和N型半導(dǎo)體分別以空穴和電子導(dǎo)電，空穴和電子在金屬中所具有的勢(shì)能比其在半導(dǎo)體中所具有的勢(shì)能低。當(dāng)直流電流流過(guò)由P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體組成的電熱對(duì)，如圖1所示，在電場(chǎng)的作用下（從N→P），電子由勢(shì)能低的金屬板向勢(shì)能高的N型半導(dǎo)體流動(dòng)，通過(guò)吸收金屬板的熱量來(lái)增加勢(shì)能，從而使金屬板冷卻獲得冷量。

同樣，空穴從勢(shì)能較低的金屬板向勢(shì)能較高的P型半導(dǎo)體流動(dòng)，也需要吸收熱量來(lái)增加勢(shì)能，從而使金屬板進(jìn)一步冷卻，得到更多的冷量。那么上面金屬片形成冷端，下面金屬片則形成熱端。

通常將多對(duì)PN結(jié)以串聯(lián)方式焊接在兩個(gè)陶瓷基板間制成單級(jí)制冷片（Single Stage TEC），由文獻(xiàn)[8]可知，制冷量與自身材料有關(guān)，并與流過(guò)的電流成二次方關(guān)系。半導(dǎo)體制冷的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸小，無(wú)運(yùn)動(dòng)部件，不需要制冷劑，壽命長(zhǎng)，但需要有散熱設(shè)備。

圖1 半導(dǎo)體制冷原理圖

2 設(shè)計(jì)方案

防潮控溫裝置由控制單元和除濕控溫單元組成。如圖2所示，在控制單元中，交流電源經(jīng)過(guò)電源轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換成不同電壓的直流供其他模塊使用；采樣到環(huán)境溫濕度后，微處理器模塊根據(jù)控制策略，通過(guò)輸出控制模塊以直接方式控制風(fēng)扇、PWM方式控制除濕控溫單元運(yùn)行；柜門(mén)以及空氣開(kāi)關(guān)的狀態(tài)信息也可接入采集；溫濕度值、除濕控溫單元的工作狀態(tài)可以在數(shù)碼管上顯示；終端提供了3種通信接口：無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)、RS-485以及遠(yuǎn)紅外通信。

除濕控溫單元包括制冷終端和加熱板。制冷終端主要由半導(dǎo)體制冷片及散熱器組成，直流供電，額定功率24W；加熱板額定功率50W，在低溫時(shí)工作，用于提高環(huán)境溫度，交流220V供電。

3 控制單元硬件設(shè)計(jì)

3.1 微處理器模塊

作為控制核心，應(yīng)滿(mǎn)足如下要求：至少兩個(gè)UART接口以滿(mǎn)足ZigBee和RS-485通信；自帶硬件看門(mén)狗定時(shí)器WDT和兩個(gè)以上含預(yù)分頻功能的定時(shí)器；至少26個(gè)I/O引腳；具備參數(shù)掉電保持功能。因此，考慮采用Microchip的16位單片機(jī)PIC24FJ64G004。工作電壓2.0~3.6V，最高運(yùn)行速度16MIPS（@32MHz），64kB的閃存，8kB的SRAM，44個(gè)I/O引腳，2個(gè)UART 模塊，5個(gè)定時(shí)器，5個(gè)PWM輸出，可通過(guò)在線(xiàn)編程將數(shù)據(jù)存入閃存中。

圖2 防潮控溫裝置結(jié)構(gòu)

3.2 溫濕度傳感器模塊

由于特殊的安裝環(huán)境，傳感器應(yīng)具備：較高的穩(wěn)定性和抗干擾性，保證能在最?lèi)毫迎h(huán)境中正常工作；測(cè)量范圍廣、精度高、響應(yīng)速度快；體積小，方便安裝。綜合考慮，選擇數(shù)字式二合一傳感器——SHT11。SHT11是一款由瑞士Sensirion公司生產(chǎn)的含已校準(zhǔn)信號(hào)輸出的溫濕度復(fù)合傳感器，功能、性能均滿(mǎn)足要求。SHT11采用兩線(xiàn)數(shù)字串行接口DATA和SCK，接口簡(jiǎn)單，可以方便用微處理器的I/O口來(lái)模擬時(shí)序。

3.3 WSN通信模塊

WSN選擇ZigBee技術(shù)組網(wǎng)，組網(wǎng)設(shè)備有芯片型和模塊型兩種。芯片型價(jià)格便宜，但需要進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)；模塊型應(yīng)用程序已經(jīng)內(nèi)置其中，只需進(jìn)行簡(jiǎn)單配置即可使用，性能穩(wěn)定、可靠，但是價(jià)格稍貴。

從開(kāi)發(fā)周期、可靠性和成本角度考慮，本文采用美國(guó)Digi公司的XBee模塊?；贗EEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的ZigBee協(xié)議，容錯(cuò)Mesh網(wǎng)架構(gòu)，自動(dòng)路由、自動(dòng)診斷，傳輸距離（室外/明視）達(dá)120米。

XBee模塊為雙列直插設(shè)計(jì)，一共有20個(gè)引腳，使用其中的五個(gè)引腳：電源引腳VDD、GND連接3.3V電源；通信引腳TXD、RXD分別連接微處理器通信口1的收發(fā)引腳；聯(lián)網(wǎng)指示引腳ASSO以灌流式連接發(fā)光二極管。

3.4 RS-485及紅外通信模塊

終端不僅支持無(wú)線(xiàn)通信，也可通過(guò)RS-485接口與主站通信。同時(shí)，為方便信息配置及數(shù)據(jù)抄讀，設(shè)計(jì)了紅外通信接口。由于不常用，與RS-485共用微處理器的通信口2。

傳統(tǒng)的RS-485接口電路由電壓保護(hù)、光耦隔離和485接口芯片組成，器件繁多。RSM3485CT芯片集電源隔離、電氣隔離、RS-485接口芯片和總線(xiàn)保護(hù)器件于一身，簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)，穩(wěn)定可靠，可取代原先的電路組合。芯片3.3V供電，最大波特率9600bps，要注意的是，數(shù)據(jù)流控制電平與普通485收發(fā)器芯片相反。

圖3 通信電路圖

紅外通信是利用800-950nm近紅外波段的紅外線(xiàn)作為傳遞信息的媒體，一般由紅外發(fā)射器、紅外信道、紅外接收器三部分組成[9]。串口發(fā)送的二進(jìn)制數(shù)據(jù)和PWM輸出的38kHz的信號(hào)通過(guò)與門(mén)進(jìn)行調(diào)制，經(jīng)過(guò)兩個(gè)非門(mén)對(duì)波形進(jìn)行整形，再經(jīng)過(guò)兩個(gè)三極管組成的放大電路對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大，最后通過(guò)TSUS5402發(fā)射管發(fā)送。

接收管芯片TSOP1738是一款一體化紅外線(xiàn)接收器，具備放大、濾波、解調(diào)功率等功能，不需要任何外接元件，就能完成紅外信號(hào)接收到二進(jìn)制數(shù)字信息輸出的工作。

3.5 電源轉(zhuǎn)換模塊

終端由交流220V供電，經(jīng)過(guò)降壓、整流、濾波后，形成兩路隔離的直流輸出。其中一路12V供給制冷裝置和風(fēng)扇；另一路變?yōu)?V和3.3V供給控制單元。加熱器由交流220V直接供電?？刂茊卧畲蠊β适?W，制冷裝置的最大功率是30W?？紤]一定裕度，變壓器容量選擇40VA，第一路輸出容量37VA，電壓12~13.5V；第二路輸出容量3VA，電壓6~6.7V。經(jīng)過(guò)整流后電壓獲得提升，由于輸出電流較大，可用LM2596穩(wěn)壓芯片將進(jìn)行穩(wěn)壓。

3.6 輸出控制模塊

半導(dǎo)體制冷片的工作由PWM模塊控制。單片機(jī)的控制信號(hào)經(jīng)PWM引腳輸出，通過(guò)光電耦合器控制達(dá)林頓管TIP122的通斷，以達(dá)到對(duì)制冷片輸入電壓的控制，進(jìn)而控制了其冷端的工作溫度。輸出端 OUT+與OUT-分別接半導(dǎo)體制冷片的電源端。電容C1對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行濾波，使得紋波系數(shù)小于10 %，以保證制冷工況[10]。

圖4 PWM控制模塊電路圖

4 制冷終端設(shè)計(jì)

如圖5，制冷終端由風(fēng)扇、鋁制散熱器、半導(dǎo)體制冷片、接水盤(pán)及外殼組成。半導(dǎo)體制冷片型號(hào)TEC1-12703T125，最大溫差電流為3.0A，最大工作電壓為15.2V，最大產(chǎn)冷功率（冷熱端溫差為 0℃）為29.7W。

兩片鋁制散熱器緊密貼合在制冷片的冷、熱端，用于擴(kuò)大表面積，加快冷熱氣擴(kuò)散；吸氣風(fēng)扇安裝于裝置的頂部，吹氣風(fēng)扇安裝于冷端散熱器的前方，以加快氣流流通；接水盤(pán)置于散熱器的下方。

圖5 制冷終端結(jié)構(gòu)圖

制冷裝置可安裝在端子箱的中下部，運(yùn)行時(shí)，吸氣風(fēng)扇將頂部的空氣吸入，空氣中的水汽在冷端附近遇低溫凝露，附著在金屬塊表面。水滴逐漸變大，在重力作用下，沿金屬塊表面下滑滴入接水盤(pán)，經(jīng)接水盤(pán)的軟導(dǎo)管，引入電纜溝排出。

工作過(guò)程中，冷端溫度最低，只有此處有露水產(chǎn)生，冷氣排出后，可以逐漸降低環(huán)境的溫度，由于不是速降，不會(huì)引起其他地方發(fā)生凝露。通過(guò)氣流交換，端子箱內(nèi)的水汽不斷地被吸入制冷裝置中，形成水滴流出。

5 控制單元軟件設(shè)計(jì)

程序采用模塊化編程，按功能要求劃分不同的任務(wù)，對(duì)任務(wù)進(jìn)行輪詢(xún)調(diào)度，如圖6。實(shí)現(xiàn)思路：

圖6 主程序流程圖

（1）分成4個(gè)定時(shí)任務(wù)：實(shí)時(shí)、20ms、1s以及15s。設(shè)定20ms基準(zhǔn)定時(shí)器，1s和15s定時(shí)通過(guò)軟定時(shí)實(shí)現(xiàn)。

（2）在接收完成中斷中將數(shù)據(jù)寫(xiě)入接收緩沖區(qū)，接收到一條完整的數(shù)據(jù)報(bào)文后，中斷服務(wù)程序?qū)⒅梦唤邮胀瓿蓸?biāo)志。由于通信的重要性和突發(fā)性，將其放入實(shí)時(shí)任務(wù)中處理，根據(jù)信息碼完成不同的報(bào)文處理。

（3）每隔20ms進(jìn)行開(kāi)關(guān)掃描，若當(dāng)前狀態(tài)（第次）與第次相同，且與第次不同，則說(shuō)明狀態(tài)發(fā)生變位，記錄當(dāng)前狀態(tài)信息，并形成SOE報(bào)文。這種處理可以替代開(kāi)關(guān)消抖的軟延時(shí)。

（4）1s的任務(wù)完成顯示刷新和溫濕度采樣。采集到的數(shù)據(jù)受環(huán)境和自身因素的影響，需要進(jìn)行濾波處理，以提高信噪比。并根據(jù)起動(dòng)判據(jù)對(duì)制冷控溫單元進(jìn)行控制以達(dá)到合適的溫濕度，輸出控制采用PID調(diào)節(jié)。

紅外和串口通信采用主從方式，終端為從機(jī)。ZigBee通信采用定時(shí)發(fā)送+主從方式，每隔15s上傳一次溫濕度及狀態(tài)信息，期間若收到主站的查詢(xún)/設(shè)置命令，在ZigBee通信處理程序中進(jìn)行處理。在定時(shí)發(fā)送報(bào)文中加入幀計(jì)數(shù)器，可用于檢測(cè)是否丟包。

5.1 報(bào)文完整性識(shí)別

單片機(jī)通信每次只能接收一個(gè)字符，而在接收到一條報(bào)文（幀）后方可進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。由于每條報(bào)文的格式、長(zhǎng)短可能不盡相同，因此識(shí)別完整報(bào)文是通信的關(guān)鍵問(wèn)題。鑒于通信協(xié)議一般要求每條報(bào)文之間的間隔大于3~4.5個(gè)字符，可通過(guò)報(bào)文間隔的長(zhǎng)短進(jìn)行判斷。

程序?qū)崿F(xiàn)：（1）設(shè)置一個(gè)定時(shí)器，定時(shí)時(shí)間為（可在調(diào)試時(shí)適當(dāng)調(diào)整），計(jì)算出初值；（2）在接收中斷服務(wù)程序中起動(dòng)定時(shí)器，設(shè)定定時(shí)器初值；（3）由于同幀相鄰字符間的時(shí)間間隔小于，只要該幀沒(méi)結(jié)束，定時(shí)器不會(huì)溢出；相反，相鄰幀前后字符的時(shí)間間隔大于，在時(shí)間內(nèi)，定時(shí)器溢出；（4）在定時(shí)器中斷服務(wù)程序中，關(guān)閉定時(shí)器，同時(shí)置位接收完成標(biāo)志，代表一條完整報(bào)文接收完成。

圖7 幀識(shí)別過(guò)程

5.2 濾波處理

相對(duì)于溫度，濕度采樣受周?chē)h(huán)境和傳感器自身非線(xiàn)性因素的影響較大，有必要在監(jiān)測(cè)過(guò)程中對(duì)測(cè)量到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。為此采用了卡爾曼濾波算法進(jìn)行處理，因無(wú)其他控制量，算法可簡(jiǎn)化為[11-14]：

式中：為利用上一狀態(tài)預(yù)測(cè)的結(jié)果；為上一狀態(tài)最優(yōu)的結(jié)果；為對(duì)應(yīng)協(xié)方差；為對(duì)應(yīng)協(xié)方差；為時(shí)刻測(cè)量值；為卡爾曼增益；為協(xié)方差。連續(xù)采集10個(gè)小時(shí)，將處理前后的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。從圖8可看出，卡爾曼算法能有效地壓縮隨機(jī)干擾，提高信噪比，改善監(jiān)測(cè)質(zhì)量，確?？刂七^(guò)程更加平穩(wěn)、可靠。

圖8 卡爾曼濾波前后對(duì)比

5.3 輸出控制

終端允許手/自動(dòng)控制防潮控溫單元的運(yùn)行。自動(dòng)模式下，終端根據(jù)預(yù)先設(shè)定的控制策略運(yùn)行；手動(dòng)模式下，按照主站下達(dá)的控制命令運(yùn)行，為防止未及時(shí)復(fù)歸，到給定時(shí)間后，返回自動(dòng)模式。

終端的運(yùn)行狀態(tài)共分五種：正常狀態(tài)、濕度越限狀態(tài)、溫度越限狀態(tài)、溫濕度越限狀態(tài)和手動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)。

針對(duì)不同的狀態(tài)，控制規(guī)則不同：（1）進(jìn)入濕度越限狀態(tài)（濕度超過(guò)設(shè)定值），除濕設(shè)備起動(dòng)驅(qū)潮；（2）進(jìn)入溫度越限狀態(tài)（溫度低于20℃），加熱器起動(dòng)；（3）進(jìn)入溫濕度越限狀態(tài)，除濕設(shè)備和加熱器均起動(dòng)；（4）手動(dòng)運(yùn)行，按照主站命令工作。

為提高效率，采用改進(jìn)的在線(xiàn)變?cè)鲆鍼ID算法對(duì)防潮控溫單元進(jìn)行控制。該控制算法根據(jù)偏差的大小在線(xiàn)調(diào)整PID參數(shù)，可改善PID控制器的動(dòng)靜態(tài)特性，使系統(tǒng)具有一定的魯棒性，算法簡(jiǎn)單，易于在單片機(jī)中實(shí)現(xiàn)。

6 WSN參數(shù)設(shè)置

在Mesh網(wǎng)架構(gòu)的ZigBee網(wǎng)絡(luò)中，存在著3種類(lèi)型的節(jié)點(diǎn)：Coordinator（協(xié)調(diào)器，簡(jiǎn)稱(chēng)“C”），Router（路由器，簡(jiǎn)稱(chēng)“R”）及End Device（終端，簡(jiǎn)稱(chēng)“E”）。協(xié)調(diào)器負(fù)責(zé)組建和維護(hù)網(wǎng)絡(luò)；路由器加入網(wǎng)絡(luò)后，可收發(fā)及協(xié)助路由報(bào)文；終端加入網(wǎng)絡(luò)后，必須依賴(lài)于父節(jié)點(diǎn)（協(xié)調(diào)器或路由器）存在，但可休眠，休眠期間父節(jié)點(diǎn)可幫助保存它的報(bào)文[16-17]。

在本文設(shè)計(jì)的WSN網(wǎng)絡(luò)中，只有協(xié)調(diào)器和路由兩種角色，網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)可以配置成兩種模式。第一，主站為協(xié)調(diào)器，防潮控溫終端為路由器的C2R模式；第二，主站、防潮控溫終端均為路由器的R2R模式。后一種模式需借助協(xié)調(diào)器建立網(wǎng)絡(luò)，節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)后，路由器之間互相通信。

表1是兩種模式參數(shù)配置情況，說(shuō)明如下：

（1）固件版本為ZB，支持標(biāo)準(zhǔn)ZigBee協(xié)議，可與其他廠(chǎng)家的ZigBee設(shè)備通信。

（2）ID（PAN ID，個(gè)域網(wǎng)地址）：64位地址碼，為0時(shí)允許節(jié)點(diǎn)加入任意網(wǎng)絡(luò)。本文組建專(zhuān)屬網(wǎng)絡(luò)，取非0值。

（3）SC：通道。ZigBee協(xié)議將2.4~2.408GHz頻段劃分16個(gè)通道，可固定某些通道讓協(xié)調(diào)器掃描，以建立網(wǎng)絡(luò)。

（4）OI：16位個(gè)域網(wǎng)地址。為減少通信報(bào)文長(zhǎng)度，同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)以16位的OI來(lái)標(biāo)識(shí)所在網(wǎng)絡(luò)地址。OI是協(xié)調(diào)器在創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)后，隨機(jī)產(chǎn)生的，其他節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)后，繼承該OI。OI可以在協(xié)調(diào)器中通過(guò)命令“ATII+地址”指定。

（5）DH DL為64位目的地址。每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有惟一地址，此外，為方便管理，ZigBee協(xié)議又將0x0000 0000定義為廣播地址， 0x0000 FFFF定義為協(xié)調(diào)器地址。

（6）C2R模式，主站的DH DL為廣播地址，終端的為協(xié)調(diào)器地址。路由算法選擇多對(duì)一模式，AR=0x3C，代表協(xié)調(diào)器每隔1min發(fā)送一次廣播幀；終端NW=1代表設(shè)置了看門(mén)狗，在（3*NW）min時(shí)間內(nèi)如果沒(méi)有收到協(xié)調(diào)器的響應(yīng)，重新搜索網(wǎng)絡(luò)。

（7）R2R模式，主站的DH DL同樣為廣播地址，終端的為主站64位節(jié)點(diǎn)地址（非0x0000 FFFF）。如果在運(yùn)行過(guò)程中主站的XBee模塊故障，更換XBee后需將新地址廣播給終端，終端收到地址，將其寫(xiě)入DH DL中。路由算法選擇AODV（AR=0xFF），關(guān)閉看門(mén)狗、上電確認(rèn)網(wǎng)絡(luò)等功能。在這種模式下，起動(dòng)協(xié)調(diào)器，終端和主站加入網(wǎng)絡(luò)后，就將網(wǎng)絡(luò)參數(shù)（主要是OI）寫(xiě)入非易失區(qū)，即使協(xié)調(diào)器失去功能，終端依然可以和在網(wǎng)的主站通信。

采用C2R模式，應(yīng)用方便、網(wǎng)絡(luò)靈活，但是協(xié)調(diào)器在重新上電的時(shí)候可能會(huì)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)狀況調(diào)整當(dāng)前通道和OI，會(huì)出現(xiàn)節(jié)點(diǎn)短暫離網(wǎng)的情況；而采用R2R模式，程序較為復(fù)雜，網(wǎng)絡(luò)不夠靈活，但若入網(wǎng)就不會(huì)離網(wǎng)，在沒(méi)有其他網(wǎng)絡(luò)干擾信道的情況下，通信成功率較高。

表1 兩種模式下XBee模塊參數(shù)配置

7 結(jié)論

將裝置安裝于950mm×670mm×1780mm的端子箱中進(jìn)行試驗(yàn)，在35℃/85%RH的工作環(huán)境下，24小時(shí)出水量達(dá)300mL。裝置已于2013年3月在福建邵武某220kV變電站投入運(yùn)行，除濕效果良好。

基于WSN及半導(dǎo)體制冷的端子箱防潮控溫裝置是解決端子箱防潮、除濕、控溫問(wèn)題的新方案，通過(guò)WSN進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控；采用半導(dǎo)體制冷配合加熱板，既能除濕，又可控溫；運(yùn)用在線(xiàn)變?cè)鲆鍼ID算法進(jìn)行輸出控制，控制平穩(wěn)、響應(yīng)速度快。此外，只需增大電源的輸出功率，實(shí)現(xiàn)除濕控溫單元級(jí)聯(lián)控制，本方案即可推廣應(yīng)用于環(huán)網(wǎng)柜和箱式變。

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如何在減少電磁干擾？如何解決實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景中熱效應(yīng)的影響并做相應(yīng)的處理？如何在高功率應(yīng)用下加強(qiáng)整版散熱性能？板材的選擇變得至關(guān)重要。

一塊性能好的電磁屏蔽材料，不僅可以減少環(huán)境對(duì)設(shè)備或者設(shè)備對(duì)環(huán)境的輻射干擾，使設(shè)備適應(yīng)復(fù)雜工作環(huán)境，還能確保設(shè)備正常實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)功能，提高設(shè)備的可靠性、安全性；一塊合適的散熱材料，不僅能解決熱設(shè)計(jì)，還能有效提高產(chǎn)品的穩(wěn)定性。

而如何在眾多的廠(chǎng)牌和眾多的材料中，選擇到合適自身項(xiàng)目的材料呢？筆者今天就著重來(lái)介紹一下世強(qiáng)代理的Laird、ROGERS、II-VI Marlow三大頂級(jí)廠(chǎng)商旗下的材料。

Laird是全球TOP3的導(dǎo)熱材料、電磁屏蔽材料供應(yīng)商。旗下的導(dǎo)熱產(chǎn)品包含導(dǎo)熱硅脂、導(dǎo)熱硅膠片、導(dǎo)熱絕緣材料、導(dǎo)熱凝膠，相變材料，是目前行業(yè)里最齊全導(dǎo)熱界面材料，且導(dǎo)熱率（1-8W/mk）、厚度（0.5-5mm），可提供多樣的優(yōu)質(zhì)選擇。旗下的電磁屏蔽產(chǎn)品包含吸波材料、導(dǎo)電橡膠、泡棉、導(dǎo)電膠、導(dǎo)電布、金屬簧片、屏蔽罩、金屬織網(wǎng)、磁珠、電感。其中導(dǎo)熱吸波CoolZorb 600系列，導(dǎo)熱吸波二合一，高導(dǎo)熱系數(shù)5.0W/m-K，低揮發(fā)Outgassing （TML） 0.15%，嚴(yán)苛環(huán)境下確保高可靠性；導(dǎo)電橡膠，種類(lèi)形態(tài)豐富，可提供體電阻低至0.002 ohm cm，屏蔽效果高達(dá)120dB（10GHz），壓縮率可至45%產(chǎn)品；吸波材料BSR-1系列，超薄至0.25mm，雜波吸收頻率大于6GHZ，最高使用溫度170℃，體電阻（ohm-cm）2x108?？蓮V泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化，國(guó)防工業(yè)，電力電子，健保醫(yī)療等。

ROGERS，作為材料技術(shù)領(lǐng)域的世界領(lǐng)先者，通過(guò)提供先進(jìn)的材料技術(shù)、應(yīng)用知識(shí)和全球化生產(chǎn)及設(shè)計(jì)協(xié)作，推動(dòng)著材料領(lǐng)域可靠性、效率和性能的持續(xù)突破。而旗下產(chǎn)品也是覆蓋了對(duì)技術(shù)要求最苛刻的電路應(yīng)用領(lǐng)域，主要包括：定制材料、商業(yè)級(jí)材料、天線(xiàn)級(jí)材料、半固化片和粘結(jié)膜。旗下的RO4000?系列是碳?xì)浠衔锾畛涮沾蓪訅喊?，性?xún)r(jià)比極優(yōu)；高可靠性RT/Duroid? 5000/6000系列是聚四氟乙烯（PTFE）填充了陶瓷或隨機(jī)玻璃纖維的層壓板，嚴(yán)苛的批次一致性，電氣性能極穩(wěn)定；高可靠性TMM? 系列，擁有豐富的候選介電常數(shù)，隨溫度變化極低，DK從3.27-12.85，出色的機(jī)械性能，抵抗蠕變流動(dòng)和冷流動(dòng)；高導(dǎo)熱性92ML?系列是環(huán)氧樹(shù)脂+高導(dǎo)熱陶瓷粉填充的高導(dǎo)熱、高耐壓電子材料，UL MOT 150℃，相同介質(zhì)厚度耐壓絕對(duì)值更高，8mil>4500VAC。

II-VI Marlow，是高品質(zhì)熱電半導(dǎo)體制冷/發(fā)電技術(shù)的全球領(lǐng)軍企業(yè)，旗下產(chǎn)品主要有半導(dǎo)體制冷片、溫差發(fā)電片、CLIMATHERM系列微型半導(dǎo)體空調(diào)，可為航空航天、國(guó)防工業(yè)、醫(yī)療行業(yè)、工業(yè)領(lǐng)域、汽車(chē)制造、發(fā)電行業(yè)及通訊等市場(chǎng)，開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)熱電模塊和增值系統(tǒng)。II-VI Marlow旗下的半導(dǎo)體制冷片，可實(shí)現(xiàn)-100~100℃范圍內(nèi)的精準(zhǔn)控溫；尺寸從1.5mm到62mm可選擇，可定制；在20~95℃范圍內(nèi)，能夠達(dá)到上百萬(wàn)次的冷熱循環(huán)；溫差發(fā)電片，最高耐受溫度300℃；CLIMATHERM系列微型半導(dǎo)體空調(diào)，集成了Marlow高性能的熱電技術(shù)，高度優(yōu)化的性能和可靠性。

目前，這三大品牌都可以在世強(qiáng)進(jìn)行購(gòu)買(mǎi)，世強(qiáng)作為官方授權(quán)一級(jí)分銷(xiāo)商，不僅能夠滿(mǎn)足大批量的采購(gòu)需求，提供庫(kù)存豐富、正品低價(jià)、旺季不缺貨不漲價(jià)的的服務(wù)保障，而且廣大工程師還可以通過(guò)世強(qiáng)元件電商（https://www.sekorm.com/）獲得產(chǎn)品相關(guān)的所有研發(fā)資料和技術(shù)服務(wù)支持，除此之外，世強(qiáng)元件電商還支持在線(xiàn)查看庫(kù)存及詢(xún)價(jià)，保障線(xiàn)上付款后2-5個(gè)工作日到貨的小批量供貨服務(wù)。